Válvula Fleming

La válvula de Fleming , también llamada válvula de oscilación de Fleming , es una válvula termoiónica o tubo de vacío inventada en 1904 por el físico inglés John Ambrose Fleming como detector para los primeros receptores de radio utilizados en la telegrafía inalámbrica electromagnética . Fue el primer tubo de vacío práctico y el primer diodo termoiónico , un tubo de vacío cuya función es conducir corriente en una dirección y bloquear la corriente que fluye en la dirección opuesta. El diodo termoiónico se utilizó posteriormente de forma generalizada como rectificador —un dispositivo que convierte la corriente alterna (CA) en corriente continua (CC)— en las fuentes de alimentación de una amplia gama de dispositivos electrónicos, hasta que comenzó a ser reemplazado por el rectificador de selenio a principios de la década de 1930 y casi por completo por el diodo semiconductor en la década de 1960. La válvula de Fleming fue la precursora de todos los tubos de vacío, que dominaron la electrónica durante 50 años. El IEEE lo ha descrito como "uno de los desarrollos más importantes en la historia de la electrónica" ^{[ 1 ]} y está en la Lista de Hitos del IEEE para la ingeniería eléctrica .

La válvula consta de una ampolla de vidrio al vacío que contiene dos electrodos : un cátodo en forma de filamento , un bucle de alambre de carbono o tungsteno fino, similar al que se usaba en las bombillas de la época, y un ánodo ( placa ) que consiste en una placa metálica. Si bien en las primeras versiones el ánodo era una placa metálica plana colocada junto al cátodo, en versiones posteriores se convirtió en un cilindro metálico que lo rodeaba. En algunas versiones, una pantalla de cobre conectada a tierra rodeaba la ampolla para protegerla de la influencia de campos eléctricos externos.

Durante su funcionamiento, una corriente independiente fluye a través del filamento del cátodo, calentándolo de manera que algunos electrones del metal adquieren la energía suficiente para escapar de sus átomos de origen hacia el vacío del tubo, un proceso denominado emisión termoiónica . La corriente alterna que se va a rectificar se aplica entre el filamento y la placa. Cuando la placa tiene un voltaje positivo con respecto al filamento, los electrones son atraídos hacia ella y fluye una corriente eléctrica del filamento a la placa. Por el contrario, cuando la placa tiene un voltaje negativo con respecto al filamento, los electrones no son atraídos hacia ella y no fluye corriente a través del tubo (a diferencia del filamento, la placa no emite electrones). Dado que la corriente solo puede circular por la válvula en una dirección, esta rectifica una corriente alterna convirtiéndola en una corriente continua pulsante.

Esta sencilla operación se complicaba un tanto por la presencia de aire residual en la válvula, ya que las bombas de vacío de la época de Fleming no podían generar un vacío tan elevado como el de los tubos de vacío modernos. A altos voltajes, la válvula podía volverse inestable y oscilar, pero esto ocurría a voltajes muy superiores a los que se utilizaban habitualmente.

La válvula de Fleming fue la primera aplicación práctica de la emisión termoiónica , descubierta en 1873 por Frederick Guthrie . Mientras mejoraba su lámpara incandescente en 1880, Thomas Edison descubrió que las partículas cargadas de un electrodo negativo calentado se movían a través del vacío y se acumulaban en un electrodo positivo, produciendo corriente. Posteriormente, los científicos denominaron a este fenómeno efecto Edison y determinaron que se debía a electrones emitidos térmicamente. Edison obtuvo una patente para este dispositivo como parte de un indicador eléctrico en 1884, pero no le encontró una aplicación práctica. El profesor Fleming del University College de Londres trabajó como consultor para la Edison Electric Light Company de 1881 a 1891, y posteriormente para la Marconi Wireless Telegraph Company .

En 1901, Fleming diseñó el transmisor utilizado por Guglielmo Marconi en la primera transmisión de ondas de radio a través del Atlántico, desde Poldhu , Inglaterra , hasta Signal Hill, St. John's , Terranova , Canadá . La distancia entre ambos puntos era de aproximadamente 3500 kilómetros (2200 millas) . Si bien el contacto, reportado el 12 de diciembre de 1901, fue ampliamente aclamado como un gran avance científico en su momento, también existe cierto escepticismo al respecto, ya que la señal recibida, los tres puntos de la letra "S" en código Morse , era tan débil que el receptor primitivo tuvo dificultades para distinguirla del ruido de radio atmosférico causado por descargas estáticas, lo que llevó a críticos posteriores a sugerir que podría haber sido ruido aleatorio. En cualquier caso, Fleming tenía claro que la comunicación transatlántica fiable con el transmisor existente requería un aparato receptor más sensible. 

El receptor para la demostración transatlántica empleó un cohesor , que tenía poca sensibilidad y degradaba la sintonización del receptor. Esto llevó a Fleming a buscar un detector que fuera más sensible y confiable, y al mismo tiempo más adecuado para su uso con circuitos sintonizados. ^{[ 2 ] [ 3 ]} En 1904, Fleming probó una bombilla de efecto Edison para este propósito y descubrió que funcionaba bien para rectificar oscilaciones de alta frecuencia y así permitir la detección de las señales rectificadas por un galvanómetro . El 16 de noviembre de 1904, solicitó una patente estadounidense para lo que denominó una válvula de oscilación. Esta patente fue emitida posteriormente como el número 803,684 y encontró utilidad inmediata en la detección de mensajes enviados por código Morse. La compañía Marconi utilizó la válvula de Fleming en sus receptores de a bordo de barcos hasta alrededor de 1916, cuando fue reemplazada por el triodo .

• rectificador de mercurio

• Contenido multimedia relacionado con las válvulas Fleming en Wikimedia Commons.
• Centro de Historia del IEEE
• Noviembre de 1904: Fleming descubre la válvula termoiónica (u oscilante) o "diodo". Archivado el 16 de octubre de 2012 en Archive-It.
• Museo Spark
• Página de tiempo inverso